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齿轮热处理 作者：比尔·迪斯勒 译者：彭智泓 （接上） 齿轮设计人员（和熔炉工程师）应了解的热处理基础知识1.在渗碳和其他工序中加热零件并保温。 a. 工艺室的温度规格可能是通用的，但实际零件在一个系统与另一个系统中的温度是不一样的，这一点至关重要。 b.如果将连续炉与间歇炉进行比较，无论采用哪种工艺（气氛渗碳、LPC、渗氮、回火等），连续炉中的工件都会更加均匀。 c. 此外，在工艺比较中，连续工艺与间歇工艺相比，零件的均匀性更好。原因在于，虽然炉室可以根据通用的均匀性规范进行验证，但零件/负载会在连续炉中移动，因此，零件会在可接受的规范范围内经历高点与低点的平均效应。而在批量炉中，工件是静止的，同一炉料中的一个工件与另一个工件之间会出现允许的温差变化。 一般渗碳炉的温度规格为±10°F。即总温差为20℉。虽然零件对质量结果的重要性会根据淬硬层深度和工艺而有所不同，但考虑到渗碳温度每变化100 ℉，淬硬层深度就会增加一倍或减半。如果您追求更高的质量，这一点可能很重要。 2. 渗碳气氛的选择——传统的吸热气体与基于 LPC 的方法——了解两者的优缺点。 a. 内热渗碳气体由发生器产生，或直接通过炉内的氮气和甲醇混合气体产生，在整个循环过程中通过炉内的传感器进行控制，以便对负载大小的变化进行补偿。 i. 这些过程用气体置换腔室中的空气，但会残留微量的氧气。 ii. 循环在碳势和淬硬层深度的创建方面完全是“教科书”式。 b. LPC在整个循环过程中交替使用乙炔和氮气进行渗碳，整个过程不涉及炉内的传感器。 i．LPC腔室使用真空从腔室中去除空气，并用富含碳的气体回填; 因此，腔室中几乎没有氧气残留。 ⅱ.可以模拟循环，但需要进行测试，以便为每个特定负载的零件调试出精确的工艺——结果取决于每次精确的负载表面积，因此不可能进行部分加载。 iii. 由于没有微量空气，可以消除内部颗粒氧化 （IGO），这在某些情况下可能带来好处。 1. LPC工艺是要付出代价的，因此要确定IGO优点是否适用于该应用；通常情况下，由于齿轮的故障点或后处理磨削要求，IGO优点并不适用于该应用。 iv. 乙炔的碳含量是传统内气氛的六倍，可以为轻型零件提供更快的循环时间。 1. 在经过短暂的渗碳时间后，表面碳活性的好处会被零件内部的碳扩散物理特性所抵消。在中深层渗碳过程中，工艺时间不太可能有显著差异。 2. 从齿轮根部到齿面测量齿轮淬硬层的均匀性也是如此，如果齿轮淬硬层较浅，其优点可能会更明显；如果齿轮淬硬层较深，其优点则会较少。 v .提高温度以缩短渗碳时间的可行性及其对显微组织的不利影响适用于LPC和传统气氛系统。 c. 在连续炉中使用真空时情况会更加复杂，因此LPC通常仅限于批量处理。 3. 淬火介质和负载大小 — 最小变形的关键考虑因素（查看此主题的一种较新方法）。 a. 在我看来，淬火介质应分为两大类： i. 多相淬火介质：油、水、聚合物。 1. 无论采用那种机械设计方法，在淬火过程中，每种材料都会发生相变，从而导致零件传热不均匀。 2.虽然油是一种多相淬火剂，但如果使用得当，它仍然是一种高质量、灵活的解决方案，可以满足许多齿轮和其他零件的淬火需求。 ii. 单相淬火介质：压缩气体或熔盐 1. 它们在淬火过程中不会发生相位变化，因此在淬火过程中将提供最均匀的传热。 2. 压缩气体，通常是氮气或氦气（具有更好的传热系数，但不再使用），具有非常有限的传热性能。 3. 盐具有更好的传热性能，如果需要更高的传热速率，通常与少量水混合。 iii. 在任何情况下，淬火循环都是一个重要的考虑因素。 b. 在所有情况下，负载越小，淬火均匀性越好。这也是物理学的交叉点，涉及到如何让流量均匀地通过负载。 c. 图 5 显示了常见淬火介质选项的近似传热速率。
图5：常见淬火介质的传热速率。 关于使用盐作为淬火介质的一些说法：盐淬火介质过去一直被认为是一种令人讨厌的介质，存在各种安全和环保问题。通常，当我提到盐淬时，经验丰富的热处理专家会觉得我疯了。让人们更好地了解盐是非常重要的，这将为盐淬技术的发展提供机会。本文中提到的盐有99%以上可回收利用，与淬火油不同，淬火剩下的盐可以很容易地丢弃掉。这些淬火系统中使用的盐非常绿色环保。此外，随着新型传感器的开发，盐中加入少量水其传热速率可以得到控制，并成为定制许多工艺的附加因素。对盐淬系统的需求在不断增长。在某些情况下，这是因为盐淬可以实现其他介质无法实现的功能，例如在700℉的淬火温度下淬火至贝氏体。在其他情况下，盐淬系统正被考虑用于马氏体淬火工艺，以提供更好的热传递率，满足那些已经看到气淬系统的优势但又不想面对热传递率低的限制的用户的需求。和其他任何东西一样，气淬也有其局限性和应用时需要考虑的问题，但由于其机械性能，还是值得考虑的。 我鼓励齿轮设计人员去探索热处理工艺的发展。与金属切削和自动化等其他技术相比，热处理系统的开发往往比较缓慢，但它们确实在发展，而且当齿轮设计人员与其供应商一起参与和探索各种选择时，它们能以最有效的方式发展。虽然所能做的大部分工作都受到物理条件的限制，但创造性的封装技术将使未来的淬火系统更加灵活、更具适应性。虽然本文没有探讨，但热处理系统的其他方面也正在发生变化。例如，图6和图7所示的模块化系统。
图 6：未来的盐淬火模块化系统。
图 7：可重新部署的热处理系统。 该系统设计用于在平地上快速安装，与数控机床类似，易于重新部署，可处理中等大小的负载，在灵活性和单件成本之间取得平衡，具有小负载淬火优势，并使用盐淬进行环保型低变形淬火。当齿轮设计人员和热处理设备专家共同制定未来需求愿景时，变革就会发生。 【作者简介】 比尔·迪斯勒是美国AFC-Holcroft L.L.C.公司的总裁兼首席执行官，曾兼任ALD Holcroft董事会主席，ALD Holcroft是一家ALD GmbH和AFC Holcro的合资企业。他之前的职位包括领导一家日本大公司通过其齿轮技术中心开设感应热处理业务部门，以及一家为齿轮中心和其他动力系统相关的金属切割设备提供服务的工业清洗公司。自1916年公司成立以来，AFC Holcroft一直是致力于黑色金属和有色金属热处理工业炉系统的领先制造商。2016年以后，AFC Holcroft成为爱协林集团的一部分。 （全文完） 
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